Question

9．某校化學興趣小組的同學為探究Fe（NO₃）₂等硝酸鹽熱分解產(chǎn)物和產(chǎn)物的性質，他們開展了如下探究性學習．
I．查閱資料，獲取了相關知識信息：
金屬的活潑性不同，其硝酸鹽分解產(chǎn)物不同，依據(jù)金屬活動順序表：
（1）K→Na等活潑金屬的硝酸鹽分解生成亞硝酸鹽和氧氣，
如：2NaNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaNO₂+O₂↑；
（2）Mg→Cu等較活潑金屬的硝酸鹽分解生成氧化物、NO₂和O₂，
如：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
（3）Hg以后不活潑金屬的硝酸鹽分解生成金屬、NO₂和O₂，
如：2AgNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Ag+2NO₂↑+O₂↑．
Ⅱ．實驗探究，在實驗的基礎上得到相關結論：
【實驗一】探究Fe（NO₃）₂熱分解固體產(chǎn)物中Fe元素的價態(tài)．該小組甲同學將Fe（NO₃）₂熱分解固體產(chǎn)物溶于足量的稀H₂SO₄得到相應兩份溶液，進行以下探究實驗．
（1）提出猜想：猜想一：Fe元素只顯+2價；
猜想二：Fe元素只顯+3價；
猜想三：Fe元素既有+2價又有+3價．
（2）實驗操作：①向一份溶液中滴入KSCN溶液；②向另一份溶液中滴入KMnO₄溶液．
（3）實驗現(xiàn)象：實驗①溶液呈血紅色；實驗②KMnO₄溶液顏色不褪色．
（4）實驗結論：猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂分解的化學方程式是4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑．
【實驗二】探究Fe（NO₃）₂熱分解氣體產(chǎn)物的性質．小組乙、丙同學進行了如下圖所示的實驗（收集時操作恰當，幾乎沒有空氣）：

實驗步驟：①連接儀器；②檢查裝置氣密性；③取一定質量Fe（NO₃）₂裝于大試管中，并重新連接好儀器；④加熱；⑤…
（1）乙同學使用Ⅰ裝置收集氣體，恰好收集到54mL紅棕色氣體，要從水槽中取出量筒，
乙同學的正確操作方法是用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，將量筒從水槽中取出，正放在試驗臺上．
（2）丙同學取等質量的Fe（NO₃）₂同樣條件下熱分解，并使用Ⅱ裝置收集氣體產(chǎn)物，可收集到8mL氣體．
【實驗三】探究固體混合物的組成和特征．
（1）小組丁同學取KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，則KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質的量之比可能是C
（填字母序號）．
A．1：2：3        B．2：1：3       C．1：2：2      D．3：8：5
（2）若取按上述比例混合的固體硝酸鹽1mol溶于100mL 3mol•L^-1的硫酸中，再向溶液中加入銅片，可溶解的銅的最大質量為14.4g．

Answer 1

分析 【實驗一】
（1）Fe是典型的變價金屬，有+2價、+3價，分解后，F(xiàn)e可能只顯+2價，可能只顯+3價，也可能既有+2價也有+3價；
（2）檢驗鐵離子用KSCN溶液，觀察是否溶液變紅，檢驗亞鐵離子可用酸性KMnO₄稀溶液，觀察KMnO₄溶液是否褪色；
（3）若猜想二成立，鐵元素只顯+3價，則在溶液中加入KSCN溶液，溶液應變紅，向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液，KMnO₄溶液顏色無明顯變化；
（4）猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂熱分解生成了氧化鐵，二氧化氮和氧氣，方程式：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【實驗二】
（1）由于NO₂和的密度均大于空氣，所以將量筒從水槽中取出，正放在試驗臺上；
（2）由4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知產(chǎn)生NO₂和O₂的體積比為8：1，而4NO₂～O₂可恰好進入溶液中，剩余的NO₂溶于水產(chǎn)生NO，因此收集到的氣體為NO；
【實驗三】
（1）根據(jù)三個反應2KNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，說明三個反應中生成的氣體物質的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，通過選項答案驗證；
（2）按C選項，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質的量之比1：2：2，則1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，根據(jù)3Cu～2NO₃^-～8H⁺關系計算Cu的質量．

解答 解：【實驗一】
（1）Fe是典型的變價金屬，有+2價、+3價，分解后，F(xiàn)e可能只顯+2價，可能只顯+3價，也可能既有+2價也有+3價，
故答案為：+3；既有+2價又有+3價；
（2）Fe³⁺能和SCN^-生成絡合物，使溶液呈現(xiàn)血紅色現(xiàn)象明顯，這一反應是Fe³⁺的特征反應，所以用KSCN溶液檢驗鐵離子，觀察是否溶液變紅，檢驗亞鐵離子可用酸性KMnO₄稀溶液，觀察KMnO₄溶液是否褪色，
故答案為：KSCN溶液；
（3）若猜想二成立，鐵元素只顯+3價，則在溶液中加入KSCN溶液，溶液應變紅，鐵離子和高錳酸根離子不反應，所以向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液，KMnO₄溶液顏色無明顯變化，
故答案為：KMnO₄溶液不褪色；
（4）猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂熱分解生成了氧化鐵，二氧化氮和氧氣，方程式：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，
故答案為：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【實驗二】
（1）將收集氣體的量筒從水槽中取出的方法是用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，由于NO₂和的密度均大于空氣，所以將量筒從水槽中取出，正放在試驗臺上，
故答案為：用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，將量筒從水槽中取出，正放在試驗臺上；
（2）若用排水法收集時，4NO₂～O₂可恰好進入溶液中，由4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知產(chǎn)生NO₂和O₂的體積比為8：1，則54ml氣體中有24ml NO₂和6ml O₂恰好進入溶液，另外24ml NO₂溶于水產(chǎn)生8ml NO，則收集到的氣體為8ml 氣體，
故答案為：8；
【實驗三】（1）根據(jù)三個反應2KNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，說明三個反應中生成的氣體物質的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，Cu（NO₃）₂受熱分解的氣體產(chǎn)物恰好符合物質的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，所以其量為任意值，而KNO₃和2Fe（NO₃）₂按物質的量比為1：2混合受熱分解的氣體恰好符合n（NO₂）：n（O₂）=4：1進入溶液，
故答案為：C；
（2）按C選項，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質的量之比1：2：2，則1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，
溶于硫酸溶液后和Cu反應，設能溶解Cu的質量為x，則
3Cu～2NO₃^-～8H⁺
192g 2mol 8mol
x 1.8mol 0.6mol
x=$\frac{0.6mol}{8nol}$=14.4g，
故答案為：14.4．

點評 本題考查了鐵及其重要化合物的性質實驗方案設計，側重于離子檢驗、設計實驗方案及操作、混合物的計算，綜合性較強，題目難度中等，計算Cu的質量時注意硝酸根離子是過量的．